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基于流固耦合的穿越大堤盾构隧道施工稳定性研究

作　者: 沈一涛
导　师: 王克忠
学　校: 浙江工业大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 流固耦合 FLAC3D 沉降 衬砌管片 数值模拟
分类号: U455.43
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 15次
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内容摘要


我国水下隧道的建设蓬勃发展,盾构法是其中重要的施工方法。在高地下水位地层盾构开挖过程中不可避免地遇到应力场和渗流场的耦合问题,引起较大的地层变形,而且盾构的下穿对大堤的正常使用会造成一定的影响。因此,基于流固耦合理论研究盾构施工开挖稳定性非常有必要,具有很好的理论和工程现实意义。本文在查阅国内外大量流固耦合研究文献的基础上,首先从渗流基本方程和Biot固结理论出发,阐述渗流场和应力场耦合理论以及求解方法；其次,对有限差分软件FLAC3D关于流固耦合的计算原理进行探讨,介绍了涉及本次数值模拟的本构模型；再次,以钱江隧道江北大堤盾构段为工程背景,应用FLAC3D软件模拟不同工况下的盾构开挖,分析施工稳定性,主要包括地层内孔隙水压力场和应力场的分布、地表沉降槽曲线的变化、衬砌管片的应力及收敛情况；最后对本工程的现场量测方法进行说明,结合监测数据与数值模拟结果进行对比分析,判断计算的合理性,阐述产生差异的原因,讨论降水方案并从设计和施工角度对盾构防渗控制措施。本文研究结果和实际结果较吻合,可为其它盾构隧道的设计和施工提供参考。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 论文选题的目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究的现状  10-15
    1.2.1 水下隧道建设现状  10-12
    1.2.2 流固耦合及其研究现状  12-15
  1.3 论文内容和技术路线  15-17
    1.3.1 研究背景  15
    1.3.2 研究内容  15-16
    1.3.3 研究技术路线  16-17
第二章 流固耦合基本理论  17-25
  2.1 渗流基本方程  17-20
    2.1.1 渗流微分方程  17-18
    2.1.2 边界条件  18-19
    2.1.3 初始条件  19-20
  2.2 渗流场-应力场耦合理论  20-23
    2.2.1 渗流场控制方程  21
    2.2.2 应力场控制方程  21-23
  2.3 求解方法  23-24
    2.3.1 解析方法  23
    2.3.2 数值方法  23-24
  2.4 本章小结  24-25
第三章 FLAC~(3D)数值计算原理  25-33
  3.1 FLAC~(3D)软件概述  25
  3.2 流固相互作用基本方程  25-28
    3.2.1 流体运动方程  26
    3.2.2 平衡方程  26-27
    3.2.3 本构方程  27
    3.2.4 相容方程  27
    3.2.5 连续性方程  27-28
    3.2.6 FLAC~(3D)中的流体边界  28
  3.3 本构模型  28-32
    3.3.1 各向同性弹性模型  28-29
    3.3.2 摩尔—库仑模型  29-32
    3.3.3 开挖模型  32
  3.4 本章小结  32-33
第四章 钱江隧道江北大堤段施工稳定性数值模拟  33-59
  4.1 盾构施工影响地表沉降的主要因素  33-34
  4.2 工程概况  34-36
    4.2.1 工程背景  34-35
    4.2.2 工程地质  35-36
    4.2.3 水文地质  36
  4.3 计算模型及参数  36-41
    4.3.1 模拟对象与范围  36-38
    4.3.2 计算基本假定及参数  38-39
    4.3.3 边界及初始条件  39-40
    4.3.4 模拟计算步骤  40-41
  4.4 数值模拟结果分析  41-57
    4.4.1 孔隙水压力场分布规律  41-44
    4.4.2 应力场分析  44-45
    4.4.3 位移场分析  45-53
    4.4.4 衬砌管片分析  53-57
  4.5 本章小结  57-59
第五章 现场监测与防渗措施  59-75
  5.1 监测的目的和意义  59-60
  5.2 监测的内容和方法  60-64
    5.2.1 监测内容  60-61
    5.2.2 监测方法  61-63
    5.2.3 监测频率  63-64
  5.3 现场监测结果统计和对比分析  64-69
    5.3.1 地表沉降对比  64-68
    5.3.2 衬砌管片位移与收敛对比  68-69
  5.4 施工降水及防渗措施  69-73
    5.4.1 降水方案  69-70
    5.4.2 地下水位监测  70-71
    5.4.3 防渗措施  71-73
  5.5 本章小结  73-75
第六章 结论与展望  75-77
  6.1 结论  75-76
  6.2 展望  76-77
参考文献  77-81
致谢  81-82
攻读学位期间参加的科研项目和成果  82

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 隧道工程 > 隧道施工 > 施工方法 > 盾构法（全断面开挖）
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